sustentacion - titanio en minerales de hierro

Universidad Nacional Mayor de San Marcos Universidad del Per | Decana de Amrica

CONTENIDO1. ALCANCE .................................................................................................................................... 1 2. REFERENCIA A OTROS DOCUMENTOS ...................................................................................... 1 3. APARATOS ................................................................................................................................. 1 4. RESUMEN DEL MTODO ........................................................................................................... 1 5. SIGNIFICANCIA Y USO ................................................................................................................ 1 6. INTERFERENCIA ......................................................................................................................... 1 7. REACTIVOS Y MATERIALES ........................................................................................................ 1 8. DIAGRAMAS DE FLUJO .............................................................................................................. 3 8.1 Descomposicin por cidos ................................................................................................. 3 8.2 Descomposicin Alcalina del Sinterizado ............................................................................ 4 8.3 Descomposicin Alcalina del Fundido ................................................................................. 5 9. MUESTREO Y PREPARACIN DE LA MUESTRA .......................................................................... 5 10. PROCEDIMIENTO ..................................................................................................................... 6 10.1 Descomposicin por cidos: .............................................................................................. 6 10.2 Descomposicin alcalina del sinterizado: .......................................................................... 7 10.3 Descomposicin por fusin alcalina: ................................................................................. 7 11. FOTOMETRA ........................................................................................................................... 8 12. RESULTADOS ........................................................................................................................... 8 13. FUNDAMENTO DEL MTODO Y REACCIONES QUMICAS ....................................................... 9 13.1 En la preparacin del estndar del titanio ........................................................................ 9 13.2 En la descomposicin por cidos ....................................................................................... 9 13.3 En la descomposicin del sinterizado .............................................................................. 10 13.4 En la descomposicin alcalina del fundido ...................................................................... 10 13.5 Para la preparacin de la solucin para la medida espectrofotomtrica ....................... 10 14. CLCULOS .............................................................................................................................. 10 15. BIBLIOGRAFA ........................................................................................................................ 11 ANEXOS ....................................................................................................................................... 12

Departamento Acadmico de Qumica Analtica e Instrumentacin Laboratorio de Anlisis Instrumental

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1. ALCANCE1.1 Este mtodo de prueba cubre la determinacin de titanio en minerales de hierro, concentrados, y aglomeraciones en el rango de concentracin de 0.01 a 6.0% de titanio.

2. REFERENCIA A OTROS DOCUMENTOS2.1 Estndares ASTM: Standard Specification for Reagent Water. Standard Practice for Sampling and Sampling Preparation of Iron Ores and Related Materials. Standard Practice for Analysis of Metals, Ores and Related Materials by Molecular Absorption Spectrometry.

3. APARATOS3.1 Espectrofotmetro Se utiliza un espectrmetro que sea capaz de realizar mediciones a la longitud de onda de 385nm. 3.2 Celdas de Absorcin De 1cm, resistentes a los reactivos. 3.3 Balanza Analtica Capaz de pesar 0.1mg como mnimo.

4. RESUMEN DEL MTODO4.1 La muestra es descompuesta por tratamiento con los cidos clorhdrico, ntrico, y sulfrico, o sinterizando con perxido de sodio, o por fusin con tetraborato de sodio y carbonato de sodio. El hierro se reduce en medio cido con cido ascrbico, el color se desarrolla con diantipirilmetano, y la absorbancia se mide aproximadamente a 385 nanmetros.

5. SIGNIFICANCIA Y USO5.1 Este mtodo de prueba est pensado para ser utilizado en conformidad con las especificaciones de composicin para contenido de titanio.

6. INTERFERENCIA6.1 Ninguno de los elementos encontrados normalmente en minerales de hierro interfieren.

7. REACTIVOS Y MATERIALES7.1 Pureza de los Reactivos A menos que se indique lo contrario, se piensa que todos los reactivos se conforman de acuerdo con las especificaciones del comit sobre los reactivos analticos de la sociedad qumica americana donde estn disponibles tales especificaciones. Otros grados de pureza pueden ser utilizados, proporcionado primero que se comprob que el


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reactivo posee la suficiente pureza para permitir su uso sin disminuir la exactitud de la determinacin. 7.2 Pureza del Agua A menos que est indicado de otra manera, las referencias al agua deben ser entendidas como agua reactiva segn lo definido por el tipo I de la especificacin D 1193 (adjunta al documento). 7.3 Solucin de cido ascrbico (10g/100mL) (C6H8O6) Disuelva 10g de cido ascrbico (C6H8O6) en agua y dilyalos a 100mL. Prepare fresco segn lo que se necesite. 7.4 Solucin de Diantipirilmetano (15 g/L) C23H24O2N4H2O Disuelva 15g del reactivo en aproximadamente 300mL de agua y 30mL de (H2SO4) (1+1) (7.10) y diluir a 1L con agua. Si permanece algn residuo, filtre y almacene el lquido filtrado en una botella marrn. 7.5 Sulfato amnico frrico (100g/L) Disuelva 100g de sulfato amnico frrico Fe2(SO4)3(NH4)2SO4 en 800mL de agua conteniendo 5mL de H2SO4 (1+1) (7.11) y diluir a 1L con agua. 7.6 cido clorhdrico (1+1) Mezclar 1 volumen de cido clorhdrico concentrado (HCl) con 1 volumen de agua. 7.7 cido clorhdrico (1+4) Mezclar 1 volumen de HCl con 4 volmenes de agua. 7.8 Pirosulfato de potasio (K2S2O7). 7.9 Tetraborato de sodio (anhidro) (Na2B4O7) Seque el tetraborato de sodio comercial entre 60 y 70C, despus a 160C, y finalmente calcine a 400C. 7.10 Tetraborato de sodio/Carbonato de sodio (Na2B4O7/ Na2CO3) Mezcla de fusin Mezclar 1 parte de Na2B4O7 y 1 parte de Na2CO3 y almacenar en un envase hermtico. 7.11 cido sulfrico (1+1) Vierta cuidadosamente 1 volumen de cido sulfrico concentrado (H2SO4) en 1 volumen de agua. 7.12 cido sulfrico (1+9) Vierta cuidadosamente 1 volumen de H2SO4 en 9 volmenes de agua. 7.13 cido sulfrico (2+98) Vierta cuidadosamente 2 volmenes de H2SO4 en 98 volmenes de agua. 7.14 Solucin estndar de titanio: 7.14.1 Solucin A (1mL = 0.1mg de titanio) Transferir 0.1670g de TiO2 (calcinado previamente a 900C) a un crisol de platino, agregar 3 a 4g de K2S2O7, cubra, y funda a una temperatura de 600C hasta que se obtenga un fundido claro. Coloque en un crisol y cbralo ya frio en un matraz de 250mL, agregue de 50 a 60mL de H2SO4 (1+9) (7.12), y calintelo para disolver el fundido. Lavar el crisol, cubrir con H2SO4 (1+9) (7.12) transferir a un matraz de 250mL, agregando los lavados al matraz. Transfiera la solucin a un matraz volumtrico de 1L, diluya al volumen con H2SO4 (1+9) (7.12), y mezcle. 7.14.2 Solucin B (1mL = 0.02mg de titanio) Transfiera 50.0mL de la solucin estndar A de titanio a un matraz volumtrico de 250mL, diluya al volumen con H2SO4 (1+9) (7.12), y mezcle.Departamento Acadmico de Qumica Analtica e Instrumentacin Laboratorio de Anlisis Instrumental

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8. DIAGRAMAS DE FLUJO 8.1 Descomposicin por cidos


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8.2 Descomposicin Alcalina del Sinterizado


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8.3 Descomposicin Alcalina del Fundido

9. MUESTREO Y PREPARACIN DE LA MUESTRA9.1 Muestreo La muestra gruesa ser recogida y preparada de acuerdo con la prctica E 877. 9.2 Preparacin de la Muestra Pulverice la muestra del laboratorio hasta q pase a travs de un tamiz No.100 (150 ). NOTA 1 Para facilitar la descomposicin, algunos minerales tales como hematita especular se requieren moler hasta pasar un tamiz No.200 (75 ).


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10. PROCEDIMIENTONOTA 2 Si el procedimiento se basa en la descomposicin por cidos, utilice los pasos en 10.1. Si el procedimiento se basa en la sinterizacin alcalina, utilice los pasos en 10.2. Si el procedimiento se basa en la fusin alcalina, utilice los pasos en 10.3. 10.1 Descomposicin por cidos: 10.1.1 Pese aproximadamente la cantidad de muestra especificada en la tabla situada debajo en un pesa muestras previamente secado a 150C.Contenido de Ti, % Peso de la porcin de prueba, g Cantidad de cido sulfrico a agregar en 9.1, mL 20 20 10 10 Alcuota, mL

0.01 - 0.1 0.1 - 0.3 0.3 - 1.0 1.0 - 6.0

1.0 1.0 0.5 0.1

20 10 5 50

Seque el pesa muestras y el contenido por 1h entre 105 y 110C. Tape el recipiente y enfre a temperatura ambiente en un desecador. Retire momentneamente la tapa para igualar la presin y para pesar el recipiente tapado y la muestra a los 0.1 miligramos ms cercanos. Repita el secado y pesado hasta que no haya ms prdida de peso. Transfiera la muestra a un matraz de 250mL y pese de nuevo el recipiente tapado a los 0.1 miligramos ms cercanos. La diferencia entre los dos pesos es el peso de la muestra tomada para el anlisis. 10.1.2 Corra un blanco reactivo con todos los pasos del procedimiento, comenzando con 10.1.3. 10.1.3 Descomposicin de la Muestra Humedezca la muestra con algunos mililitros de agua, agregue 30mL de cido clorhdrico, cubra, y digiera por debajo del punto de ebullicin hasta que no haya ataque evidente. Agregue 5mL de cido ntrico y de 10 a 20mL de cido sulfrico (vase las cantidades especificadas en 10.1.1) evapore lentamente los vapores de H2SO4, despus calintelos fuertemente por 10 min. Permita que la solucin se enfre, agregue lentamente 50mL de agua y 20mL de cido clorhdrico, y caliente hasta que las sales solubles estn disueltas. 10.1.4 Fltrese en un papel de filtro de fina textura (Whatman No.40) y recoja el lquido filtrado en un matraz de 250mL. Transfiera el residuo cuantitativamente al papel de filtro y lvelo dos o tres veces con cido sulfrico diluido (2+98) (7.13) caliente y dos o tres veces con agua caliente. Reserve el lquido filtrado. 10.1.5 Tratamiento de la materia insoluble Queme el papel y el residuo en un crisol de platino. Enfre, humedezca con varias gotas de agua, agregue 3 o 4 gotas de cido sulfrico diluido (1+1) (7.11) y 10mL de cido fluorhdrico. Evaprese lentamente para expulsar la slice y el exceso de cido sulfrico. Enfre, agregue al residuo cerca de 2g de pirosulfato de potasio, cubra el crisol, y funda sobre un mechero (aproximadamente a 500C) hasta que se obtiene un fundido claro.


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10.1.6 Disuelva el fundido una vez fro en el lquido filtrado reservado a partir del 10.1.4, retrelo, y lave el crisol y la cubierta, agregando los lavados al matraz 250mL. Transfiera la solucin a un matraz volumtrico de 200mL, diluir al volumen, y mezcle. Contine de acuerdo con 10.4. 10.2 Descomposicin alcalina del sinterizado: 10.2.1 Transfiera un peso de la muestra de acuerdo con la tabla en 10.1.1 a una recipiente que ha sido pesado en seco y seque la muestra de la prueba segn lo descrito en 10.1.1. Finalmente transfiera la muestra a un crisol de nquel de 40mL. 10.2.2 Corra un blanco reactivo con todos los pasos del procedimiento comenzando con 10.2.3. 10.2.3 Agregue 3g de perxido del sodio y mzclese con una esptula de platino o nquel. Coloque el crisol por varios minutos en la entrada de una mufla fijada en 400C, despus colquelo dentro de la mufla alrededor de 1 hora, para sinterizar. Retire el crisol y permita que se enfre. 10.2.4 Transfiera la masa sinterizada a un matraz de 250mL, cbralo, y agregue cerca de 75mL de agua. Lave el crisol una vez con agua y una vez con HCl diluido (1+4) (7.7), agregando los lavados al matraz. Acidifique cuidadosamente con 30mL de HCl concentrado, cubra el matraz, y caliente suavemente hasta que se obtenga una solucin clara. Agregue 20mL del H2SO4 diluido (1+1) (7.11) y evaprese lentamente los vapores de H2SO4; entonces caliente fuertemente por 10 minutos. Permita que la solucin se enfre, agregue lentamente 50mL de agua y 20mL de HCl concentrado, y caliente hasta que las sales solubles estn disueltas. 10.2.5 Contine segn lo descrito en 10.1.4 - 10.1.6. Finalmente realice las medidas espectrofotomtricas segn lo descrito en 10.4. 10.3 Descomposicin por fusin alcalina: 10.3.1 Transfiera un peso de la muestra de acuerdo con la tabla en 10.1.1 a un recipiente pesado en seco y seque la porcin de la muestra segn lo descrito en 10.1.1. Finalmente transfiera la muestra a un crisol del platino. 10.3.2 Corra un blanco reactivo con todos los pasos del procedimiento, comenzando con 10.3.3. 10.3.3 Agregue 5g de la mezcla de fusin (7.9) y mezcle, usando una esptula de platino o nquel. Cubra el crisol y caliente en una mufla, primero suavemente a 600C y finalmente por 10 minutos entre 1000 y 1050C. Retire el crisol de la mufla y remoline cautelosamente para hacer que el fundido que se va enfriando solidifique en una capa delgada en las paredes del crisol. 10.3.4 Coloque el crisol frio y cubra en un matraz de 250mL y agregue 100mL de cido clorhdrico diluido (1+4) (7.7). Caliente suavemente para disolver el fundido, retire del calor, y lave el crisol, la cubierta, y asegrese de agregar el lavado al matraz de 250mL. Pgina 10.3.5 Transfiera la solucin a un matraz volumtrico de 200mL, diluya al volumen, y mezcle. Contine de acuerdo con 10.4.


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10.4 Preparacin de la solucin de prueba para las mediciones espectrofotomtricas Transfiera con la ayuda de una pipeta, una alcuota de la solucin de anlisis y del blanco de acuerdo con la tabla 10.1 y transfiera a matraces volumtricos de 100mL. Agregue 5mL de la solucin de sulfato amnico frrico (7.5), y 10mL de la solucin de cido ascrbico (7.3), y mezcle. Agregue 15mL de cido clorhdrico diluido (1+1) (7.6) y 30mL de la solucin de diantipirilmetano (7.4), diluya al volumen, y mezcle. Permita que la solucin repose por lo menos 10 minutos. 10.5 Preparacin de las soluciones de calibracin para las medidas espectrofotomtricas Transfiera con la ayuda de una pipeta 0.0, 1.0, 3.0, 5.0, 7.0, y 10.0mL de solucin estndar de titanio B (7.14.2) a seis matraces volumtricos de 100mL, agregue 5mL de solucin de sulfato amnico frrico (7.5) y 10mL de solucin de cido ascrbico (7.3), y mezcle. Agregue 15mL de cido clorhdrico diluido (1+1) (7.6) y 30mL de solucin de diantipirilmetano (7.4), diluya al volumen, y mezcle. Permita que la solucin repose por lo menos 10 minutos.

11. FOTOMETRA11.1 Ajuste el espectrofotmetro a la configuracin inicial, usando al agua como solucin de referencia. Mientras que mantiene este ajuste, tome las lecturas espectrofotomtricas del blanco, del estndar, y de las soluciones de anlisis, usando una banda ligera centrada aproximadamente en 385 nanmetros en una celda de 1 centmetro (vase la nota 1). 11.2 Preparacin de la curva de calibracin Reste la absorbancia media de la solucin de 0mL de estndar de titanio de la absorbancia media de cada solucin de estndar y trace la absorbancia neta contra miligramos de titanio por 100mL de solucin. 11.3 Rango Fotomtrico El rango recomendado de concentracin es de 0.03 a 0.2 miligramos en 100mL usando una profundidad de celda de 1 centmetro. NOTA 3 Celdas que tienen otras dimensiones pueden ser utilizadas, proporcionados los ajustes convenientes, se pueden hacer en la cantidad de muestra y de reactivo utilizados.

12. RESULTADOS12.1 Reste la absorbancia media de la solucin del blanco reactivo de las absorbancias medias de cada una de las soluciones de prueba. Convierta la absorbancia neta de las soluciones de prueba a miligramos de titanio por medio de la curva de calibracin. Calcule el porcentaje de titanio como sigue:

Donde: A=titanio encontrado en la alcuota utilizada (mg) y B=peso de la muestra en la alcuota (g)


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13. FUNDAMENTO DEL MTODO Y REACCIONES QUMICAS13.1 En la preparacin del estndar del titanio 13.1.1 El titanio es un metal duro, grisceo. Se puede disolver en cido sulfrico concentrado caliente y en fluoruro de hidrgeno. Como el estao, es insoluble en cido ntrico concentrado, debido a la formacin del cido titnico sobre la superficie del metal, el cual protege el resto del metal del cido. 13.1.2 El titanio forma los iones violetas titanio (III) , e incoloros titanio (IV), . Los iones titanio (III) son bastante inestables y se oxidan fcilmente a titanio (IV) en soluciones acuosas. Los iones titanio (IV) existen solo en soluciones fuertemente cidas; estos tienden a hidrolizarse formando primero los iones titanilo, , si la acidez de la solucin disminuye; luego precipita el hidrxido de titanio (IV). En el trabajo analtico, normalmente se encuentran los iones titanio (IV). 13.1.3 Para la solucin estndar de Ti, la preparacin del Ti (IV) para que intervenga en las reacciones, se funde el dixido de titanio, TiO2, con un exceso de agua de12-15 veces de pirosulfato de potasio en un crisol de porcelana o de platino.

13.1.4 El fundido, despus de pulverizado, se extrae con cido sulfrico 5 por ciento frio, y si es necesario se filtra. 13.2 En la descomposicin por cidos 13.2.1 l cido clorhdrico diluido o concentrado y el cido sulfrico diluido, disuelven el hierro con produccin de sales de hierro (II) e hidrgeno gaseoso.

13.2.2 El cido sulfrico concentrado, caliente, da iones hierro (III) y dixido de azufre:

13.2.3 Con cido ntrico diluido fro se forman iones hierro (II) y amonio:

13.2.4 El cido ntrico concentrado fro, pasiva al hierro; en este estado no reacciona con el cido ntrico ni desplaza al cobre de una solucin acuosa de una sal de cobre. El cido ntrico 1+1 o el cido ntrico concentrado caliente disuelven el hierro con formacin de xido de nitrgeno gaseoso e iones hierro (III):


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13.2.5 La oxidacin rpida de iones Fe(II) a Fe(III) se puede efectuar con cido ntrico concentrado:

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13.3 En la descomposicin del sinterizado 13.3.1 El propsito del perxido de sodio es el de reducir al hierro en el mineral, pues lo reduce desde xido de hierro hasta polvo de hierro, que es lo bastante fino para compactacin directa. 13.3.2 Una vez obtenido el sinterizado, se procede a realizar la descomposicin por medio de cidos del sinterizado obtenido, mediante las reacciones 13.2.1 13.2.5. 13.4 En la descomposicin alcalina del fundido 13.4.1 El agregado del combinado de las sales tetraborato de sodio y carbonato de sodio tiene como objetivo el de disminuir el punto de fusin del mineral de hierro (muestra) y pueda fundirse a temperaturas menores que se pueden alcanzar en una mufla. 13.4.2 La disolucin del fundido se realiza con cido clorhdrico, segn la reaccin en 13.2.1 13.5 Para la preparacin de la solucin para la medida espectrofotomtrica 13.5.1 La adicin de sulfato amnico frrico al estndar de titanio, tiene como objeto aportar hierro a la solucin, pues la muestra es, en gran parte, hierro. El cido ascrbico reduce al hierro (III) hasta hierro (II) en la solucin, siendo el producto de reduccin del cido ascrbico el cido de hidroascrbico.

13.5.2 Finalmente, el agregado del diantipirilmetano, forma un aducto 1:1 de color amarillo con el titanio (IV), que es la sustancia que identificaremos por espectrofotometra visible a una longitud de onda de 385 . (El hierro (II) presenta coloracin verdosa, pero esta no absorbe radiacin a la longitud de onda seleccionada).

14. CLCULOS14.1 Para la solucin A de titanio:

14.2 Para la solucin B:

14.3 En la preparacin de las soluciones de calibracin para las medidas espectrofotomtricas, para la solucin que contiene 5.0mL de estndar B de titanio: PginaDepartamento Acadmico de Qumica Analtica e Instrumentacin Laboratorio de Anlisis Instrumental

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Universidad del Per | Decana de Amrica Concentraciones de los estndares para la obtencin de la curva de calibracin; obsrvese que la curva contiene al rango ptimo de concentraciones para la determinacin.

0.0 1.0 3.0 5.0 7.0 10.0

20 20 20 20 20 20

100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0

0.0 0.2 0.6 1.0 1.4 2.0

15. BIBLIOGRAFA2006 Annual Book of ASTM Standards. American Society for Testing and Materials. Section 05, Volume 05.03, Petroleum Products and Lubricants (III). Philadelphia: American Society for Testing and Materials, March 2005. 2006 Annual Book of ASTM Standards. American Society for Testing and Materials. Section 06, Volume 06.03, Paint -- Pigments, Drying Oils, Polymers, Resins, Naval Stores, Cellulosic Esters, and Ink Vehicles. Philadelphia: American Society for Testing and Materials, March 2006. 2006 Annual Book of ASTM Standards. American Society for Testing and Materials. Section 11, Volume 11.03, Atmospheric Analysis; Occupational Health and Safety; Protective Clothing. Philadelphia: American Society for Testing and Materials, October 2005. 2006 Annual Book of ASTM Standards. American Society for Testing and Materials. Section 03, Volume 03.05, Analytical Chemistry for Metals, Ores, and Related Materials. Philadelphia: American Society for Testing and Materials, October 2005. 2006 Annual Book of ASTM Standards. American Society for Testing and Materials. Section 15, Volume 15.05, Engine Coolants; Halogenated Organic Solvents and Fire Extinguishing Agents; Industrial and Specialty Chemicals. Philadelphia: American Society for Testing and Materials, August 2005. 2006 Annual Book of ASTM Standards. American Society for Testing and Materials. Section 11, Volume 11.01, Water (I). Philadelphia: American Society for Testing and Materials, January 2005. Qumica Inorgnica Avanzada. F. Albert Cotton, Geoffrey Wilkinson. EDITORIAL LIMUSA, S.A. de C.V. Segunda reimpresin. Mxico, D.F. 1990. Qumica Analtica Cualitativa. Arthur I. Vogel. EDITORIAL KAPELUSZ, S.A. Sexta edicin. Buenos Aires. Agosto de 1983. THE CHEMISTRY OF TITANIUM AND VANADIUM An Introduction to the Chemistry of the Early Transition Elements. R. J. H. Clark M.Sc. ELSEVIER PUBLISHING COMPANY. Barking, Essex, England. 1968.


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ANEXOS


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